28 000空分循環(huán)水泵高壓變頻調速節能改造

與調速!EMcA電機與控制應用201037(4)28000空分循環(huán)水泵高壓變頻調速節能改造張慶忠,管仁麗,劉振(兗礦魯南化肥廠(chǎng),山東膝州277527)摘要:通過(guò)ZNR系列智能高壓變頻器在化工行業(yè)28000m3/h空分循環(huán)水泵節能改造中的應用介紹了ZNR系列智能高壓變頻調速系統的配置與工作原理循環(huán)水泵變頻調速節能分析控制器功能基本參數改造前后運行情況、改造效果等方面的內容。分析后得出高壓變頻調速技術(shù)在泵類(lèi)中的應用具有明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益,為企業(yè)的節能降耗提供了借鑒經(jīng)驗,值得推廣。關(guān)鍵詞:智能高壓變頻器;循環(huán)水泵;節能中圖分類(lèi)號:TM921.51文獻標識碼:A文章編號:16736540(2010)0400006High Voltage Variable Frequency Speed Regulation EnergySaving Reform of 28 000 Circulating WZHANG Qing-zhong, GUAN Ren-li, LIU Zheng(Yankuang Lunan Chemical Fertilizer Plant, Tengzhou 277527, China)Through the application of ZNR series higcirculating pump energy-saving reform, a series of ZNR intelligent high-voltage VVVF system configuration and work-on of the transformation, the transformation effect of the content and so on were introduced. High voltage VVVF hasobvious economic and social benefits, provided experience, should be promoted.Key words intelligent high-voltage inverter: circulating water pump: energy saving0引言的便利,使之成為企業(yè)采用電機節能方式的首選。高壓交流變頻調速技術(shù)是20世紀9年代迅1改造方案速發(fā)展起來(lái)的一種新型電力傳動(dòng)調速技術(shù),主要過(guò)去冷卻水循環(huán)水泵均不調速,利用出口閥用于交流電動(dòng)機的變頻調速,目前高壓電動(dòng)機中門(mén)開(kāi)度大小來(lái)控制水流量和管網(wǎng)壓力,由于設備拖動(dòng)的負載近70%是風(fēng)機、泵類(lèi),其中一半適合的選擇均按最大負荷情況來(lái)選型,在實(shí)際運行中調速。從高壓變頻器的一般使用情況來(lái)看,平均設備留有較大的裕量,冷卻循環(huán)水的流量與壓力節電率可達30%,在技術(shù)改造項目中,高壓變頻是通過(guò)冷卻循環(huán)水泵出、入口管上的調節閥來(lái)進(jìn)器的投入和使用,其節能效果顯著(zhù)。高壓變頻器行調節,造成電動(dòng)機運行效率較低,電能浪費。為經(jīng)過(guò)多年的現場(chǎng)運行證明,其用于驅動(dòng)風(fēng)機、泵類(lèi)降低企業(yè)生產(chǎn)成本,經(jīng)過(guò)調研與比較決定選用上設備節電效果顯著(zhù),性能穩定、可靠性高。既節約海衛能能源科技有限公司生產(chǎn)的ZNR系列智能了能源,又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求,且大大減少了設高壓變頻器對28000m3/h空分A,B’,C三臺循備維護、維修費用,直接和間接經(jīng)濟效益十分顯環(huán)水泵進(jìn)行變頻調速節能改造,以解決能源浪費著(zhù)。變頻調速以其顯著(zhù)的節能效益、高精確的調問(wèn)題。ZNRA6H1250/06YA10型智能高壓變頻速精度、寬范圍的調速范圍、完善的電力電子保護器額定電壓為6kV,額定容量為1250kVA,6功能以及易于實(shí)現的自動(dòng)通信功能得到了廣大級H橋級聯(lián)拓撲方式適配電機為異步電機,采用戶(hù)的認可和市場(chǎng)的確認,在運行的安全可靠、安用“一”字排列安裝形式,控制程序版本為A0裝使用維修維護等方面也給使用者帶來(lái)了極大型。電機巧控剝用2010.37(4)變頻與調速EMcA28000m3/h空分循環(huán)水系統要求運行可靠性高。為了充分保證系統的可靠性,考慮到變頻用戶(hù)高壓開(kāi)關(guān)柜調速系統退出運行后不影響生產(chǎn),確保循環(huán)水系變壓器柜統正常運行,結合實(shí)際運行狀況,設計為變頻器加裝工頻旁路裝置。當變頻器故障時(shí),變頻器退出運行,可將電機直接手動(dòng)切換到電源工頻情況下運行,恢復到原有系統運行方式?？?系統的配置與工作原理本制功率柜ZNR系列智能高壓變頻調速系統的主體結構“一”字布置,由旁路柜1面、變壓器柜1面、功率逆變柜和控制柜1面、連接電纜1套等組成,其中功率柜與控制柜合一。旁路柜:根據需要選用,圖1循環(huán)水泵變頻調速節能改造主回路電氣原理圖該組件在系統故障情況下將電機切換至工頻電改變變頻器輸出頻率,調節電機轉速。工藝DCS網(wǎng),執行旁路功能。變壓器柜:裝有移相整流變壓控制室具有電機運行電流指示,運行狀態(tài)顯示,故器,為各個(gè)功率單元提供交流輸入電壓。功率柜障跳閘顯示,并具有DCS手操急停功能。高壓變和控制柜:裝有模塊化設計的多個(gè)功率單元級聯(lián)頻裝置本身具有功能完善的各項保護電源斷路器式的逆變主回路,向電機提供變頻調速之后的輸引人高壓變頻裝置保護聯(lián)鎖,在變頻裝置不具備運出電壓。裝有主控部件,控制變頻調速系統的工行條件時(shí)電源斷路器不能合閘,同時(shí)在高壓變頻裝作并處理通過(guò)釆集獲得的數據,具備各類(lèi)數據通置故障跳閘后聯(lián)跳電源斷路器。循環(huán)水泵變頻調信和DCS控制接口功能。速節能改造控制回路電氣原理圖如圖2所示。高壓變頻系統配備旁路柜,工頻旁路由2個(gè)高壓隔離開(kāi)關(guān)K1、K2組成,其中QF為用戶(hù)高壓3循環(huán)水泵變頻調速節能分析開(kāi)關(guān)柜原有高壓斷路器。變頻運行時(shí),K1和K2當采用變頻調速時(shí),可以按需要升降電機轉閉合,切換K2至變頻運行位置;工頻運行時(shí),K1速改變水泵的性能曲線(xiàn)使水泵的額定參數滿(mǎn)足和K2閉合,切換K2至工頻運行位置。當高壓變工藝要求,根據水泵的相似定律,變速前后流量頻調速系統出現故障時(shí)控制器自動(dòng)跳開(kāi)QF,操壓力功率與轉速之間的關(guān)系為:Q/Q2=N1/N2;作打開(kāi)K,切換K2至工頻運行位置?？蓪㈦姍CH1/B2=(N/N2)2;P1/P2=(NN2)3,Q1、H1、P1轉切至工頻運行,此時(shí)變頻調速系統從高壓中隔為水泵在N轉速時(shí)的流量、壓力、功率;Q2、H2、離出來(lái)便于檢修維護和調試。為了實(shí)現變頻器P2為水泵在N2轉速時(shí)相似工況下的流量壓力、故障的保護,高壓變頻器對6kV開(kāi)關(guān)QF進(jìn)行聯(lián)功率。假如轉速降低一半,即:N2/N1=1/2,則鎖,一旦變頻器故障,變頻器跳開(kāi)QF,工頻旁路時(shí),P2/P,=1/8,可見(jiàn)降低轉速能大大降低軸功率,達變頻器允許QF合閘撤消對QF的跳閘信號,使電到節能的目的。當轉速由M降為N2時(shí),水泵的機能正常通過(guò)QF合閘工頻起動(dòng)。循環(huán)水泵變頻額定工作參數QH、P都降低了,但效率值基本是調速節能改造主回路電氣原理圖如圖1所示一樣的。也就是說(shuō)當轉速降低時(shí)額定工作參數ZNR系列智能高壓變頻調速系統具有強大相應降低但效率不會(huì )降低,有時(shí)甚至會(huì )提高。因的自動(dòng)控制和通信功能高壓變頻裝置投運后電此在滿(mǎn)足操作要求的前提下,風(fēng)機仍能在同樣甚機運行方式以變頻運行為主,裝置具備手動(dòng)旁路至更高的效率下工作。降低了轉速,流量就不再功能,在變頻裝置出現故障后,可以旁路工頻運用關(guān)小閥門(mén)來(lái)控制閥門(mén)始終處于全開(kāi)狀態(tài)避行。高壓變頻裝置現場(chǎng)電控箱可以實(shí)現變頻器的免了由于關(guān)小閥門(mén)引起的壓力損失增加,也就避起動(dòng)停止,具有運行、停止指示,及電機電流電免了總效率的下降確保了能源的充分利用機轉速顯示,可以根據負荷情況調節現場(chǎng)電位器工頻50Hz電網(wǎng)直接起動(dòng),對電網(wǎng)和機械31變頻與調速·EMcA電機控利用2010.37(4)高壓合閘允許(至開(kāi)關(guān)柜業(yè)數用戶(hù)高壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號輸入(常閉)跳閘信號(聯(lián)跳開(kāi)關(guān))跳閘信號(至DCS)電機電流信號輸出輕故障信號(全綜保)益一輸出頻率信號輸出運行狀態(tài)停止狀態(tài)頻率控制信號輸入熱風(fēng)機交流電源+220V髙壓變頻調速控制系統控制器系統直流電源外部控制輸入測量光纖通信6kV高壓電纜至斷路器至高壓電機連接電纜uvw)圖2循環(huán)水泵變頻調速節能改造控制回路電氣原理圖沖擊較大,聲響很大,起動(dòng)一次的損耗電能高。而卻水輸入冷卻器而循環(huán)使用,由于系統水位基本變頻軟起動(dòng)損耗很小,只有上述損耗電能的1/10,上穩定,故循環(huán)水泵的揚程也基本穩定,而其容量則毎年的起動(dòng)節能也是很可觀(guān)的。當采用變頻調按計算水量確定。循環(huán)水泵隨機組長(cháng)期連續運速,50z滿(mǎn)載時(shí)功率因數接近于1,工作電流比行。由于機組負荷經(jīng)常變化,需要及時(shí)調整循環(huán)電機額定電流值要低很多,這是由于變頻裝置的水流量,以保證機組的安全經(jīng)濟運行。在正常運內濾波電容產(chǎn)生的改善功率因數的作用,可以為行工況,5臺循環(huán)水泵運行3臺,另2臺循環(huán)水泵電網(wǎng)節約容量20%左右。備用。即使在同一負荷的情況下,不同的外部環(huán)4循環(huán)水泵參數和工況境也使得循環(huán)水流量的需求不同。利用高壓變頻器根據實(shí)際需要對循環(huán)水泵進(jìn)行調速控制,從而28000m3/h空分5臺循環(huán)水泵的參數相同,既保證和改善運行工藝,又可達到節能降耗的目水泵為濟南奔騰泵業(yè)有限公司生產(chǎn)BTOW600-的。710型,額定轉速970r/min,效率85%,供水6000m3/h,揚程50m。拖動(dòng)循環(huán)水泵的三臺電5控制器功能基本參數動(dòng)機為YKK56036型,額定功率1120kW,額定ZNR系列智能高壓變頻調速系統正式投入電壓6kV額定電流124.6A,功率因數為087,運行前請仔細檢查表12所述內容是否正確設額定轉速992.2r/min,F級絕緣,繞組Y接,哈爾置。ZNR系列智能髙壓變頻調速系統控制器功濱電機廠(chǎng)有限責任公司生產(chǎn)能基本參數如表12所示A',B',C,D,E5臺循環(huán)水泵采用閉式循6改造前后運行情況環(huán)水系統,補給水是經(jīng)化學(xué)弱酸陽(yáng)離子交換器處理后的軟化水。循環(huán)水泵采用單元制供水系統本次只對5臺并聯(lián)水泵中的3臺進(jìn)行改造,即每臺機組配1座冷卻塔,1條壓力循環(huán)水管,1正常運行工況為3臺變頻。由于季節及晝夜溫度條雙孔自流水溝和1臺循環(huán)水泵。冷卻水塔采用的差別使得變頻系統的運行有著(zhù)特殊性管網(wǎng)總風(fēng)筒式逆流自然通風(fēng)冷卻塔通風(fēng)筒為雙曲線(xiàn)旋出口的壓力取決于2臺并聯(lián)水泵各自的出口壓轉殼。在循環(huán)供水系統中由循環(huán)水泵實(shí)現水資力,從而決定了變頻泵不可能在太低的頻率下運源的循環(huán)利用。經(jīng)熱交換后的熱水進(jìn)入冷卻設施行,否則會(huì )引起倒流或不出水的情況。另一方面進(jìn)行冷卻使其水溫降至允許值然后又重復將冷太低的頻率會(huì )導致整體壓力下降,達不到循環(huán)水電機與控剝用2010.37(4)變頻與調速EI表1ZNR智能高壓變頻調速系統控制器功能基本參數用戶(hù)設參數功能名稱(chēng)設定范圍出廠(chǎng)值單位定值0:允許修改F0O數據保護1:不許修改頻率設定方式0:模擬量1:開(kāi)關(guān)量FU2運行(停止)設定方式保留(“就地/遠方”轉換開(kāi)關(guān)控制)F03最高輸出頻率50.00-120.00基本頻率05額定線(xiàn)電壓3.0~10.5F6最高輸出電壓3.0-10.5加速時(shí)間0.1-3000.0減速時(shí)間0.1-3000.020.020.00:直線(xiàn)轉矩提升曲線(xiàn)選擇1:二次曲線(xiàn)轉矩提升補償值上限頻率下限頻率0.00-120.00%肛F13最高模擬輸入頻率0.00~120.00F4最低模擬輸人頻率5.F15起動(dòng)頻率起動(dòng)頻率保持時(shí)間0.1-100.05.0F17停止頻率1.000開(kāi)關(guān)量輸入通道1模式B01開(kāi)關(guān)量輸入通道2模式00002開(kāi)關(guān)量輸入通道3模式開(kāi)關(guān)量輸出通道1模式17開(kāi)關(guān)量輸出通道2模式0-31開(kāi)關(guān)量輸出通道3模式0-31模擬量輸出通道1模式0-3100000E33模擬量輸出通道2模式03l0跳躍頻率10.00-120.0.000.01跳躍頻率20.00~120.000.0l02跳躍頻率30.00~120.000.01跳躍幅值0.00-30.000.01PO電動(dòng)機極對數動(dòng)機容量1004000電動(dòng)機額定電流0.0-250.0電動(dòng)機空載電流0.0-3010A36.0變頻與調速·EMcA電機控剝用2010.37(4)表2ZNR智能高壓變頻調速系統控制器功能基本參數用戶(hù)設參數功能名稱(chēng)設定范圍出廠(chǎng)值單位代碼定值0:用戶(hù)設置數據恢復到出廠(chǎng)設定值1:出廠(chǎng)默認設置H轉矩矢量模式設定方式02備用H2瞬停再起動(dòng)設定方式0:不起動(dòng)1:起動(dòng)0:該保護退出H0電機過(guò)載反時(shí)限保護投人0-11:該保護投人H08電機過(guò)載反時(shí)限時(shí)間常數0.5~15.0H0電機過(guò)載定時(shí)限保護投入0:該保護退出1:該保護投入電機過(guò)載定時(shí)限預警電流10096-120%電機過(guò)載定時(shí)限預警時(shí)間0.0-150.00:該保護退出零序過(guò)壓保護投入1:該保護投入0:顯示運行頻率1:顯示電壓值H6LED監視選擇2:顯示電流值3:顯示功率H7LCD顯示對比度0:不投入A00單元旁路功能1:投入系統總體的揚程要求,處于工頻定速運行的水泵率41.55Hz,輸人電流67.6A;3月27日13:00也易導致過(guò)流發(fā)生。根據以往的運行實(shí)踐經(jīng)驗,頻率41.55Hz,輸入電流677A;3月27日14:00在工頻泵與變頻泵同進(jìn)運行的情況下,使變頻泵頻率41.55Hz,輸入電流677A;最低的頻率保持在38Hz以上,在變頻泵單獨運變頻運行時(shí),平均電流l2=663A,功率因行時(shí),變頻器可以根據需要在5~45Hz范圍內調數cosg2=0.98。節(變頻泵調節的頻率必須滿(mǎn)足水泵出口壓力最低要求),這樣既可以滿(mǎn)足運行需要又可對出水7改造效果量進(jìn)行連續調節。(1)變頻改造前后的節能計算。(1)工頻(50H)運行時(shí)輸人電壓6kV輸入假設全年運行時(shí)間為330天,根據本廠(chǎng)上網(wǎng)電流如下3月27日1430輸入電流103.8A3月電價(jià)可知變頻改造后每年節省用電=(l1cosq27日21:35輸入電流1064A3月28日8:00輸2cosg2)×6×1.732×24×330=1449434入電流105.2A;3月28日21:00輸入電流kWb。每年節省電費=1449434kWh×0.51048A;3月29日6:25輸入電流104.1A;元/kWh=72.5萬(wàn)元。由41Hz運行計算知,每年工頻運行時(shí),平均電流l1=104.86A,功率可以節電約l449434kWh,節省電費約725萬(wàn)因數cosq1=0.85。元,不到2年時(shí)間即可收回全部投資。變頻運行(2)變頻運行時(shí)輸入電壓6kV,運行頻率時(shí)節電率可達到40%。據統計,設備運行頻率在和輸入電流數據為:3月27日11:00頻率40Hz就可以達到工藝要求的出水壓力,而春、4155Hz,輸入電流67.5A;3月27日12:00頻冬、秋三個(gè)季節設備完全可以在35Hz運行,故節電機巧控刺起雨201037(4)變頻與調速EMcA電率可達到50%左右。Hz,保證了循環(huán)水的正常溫度。循環(huán)水泵在采用(2)變頻改造后的優(yōu)點(diǎn)。首先電源側功率ZNR智能高壓變頻調速系統進(jìn)行變頻技術(shù)改造因數提高,原電機直接由工頻驅動(dòng)時(shí)功率因數為后,取得了明顯的節電效果,并獲得了很好的經(jīng)濟0.80~0.86,采用高壓變頻調速系統后電源側的效益和社會(huì )效益,為電廠(chǎng)高壓電機的節能改造積功率因數可提高到0.95以上,可減少大量無(wú)功,累了豐富的經(jīng)驗。高壓變頻調速在廠(chǎng)用電系統的進(jìn)一步節約了上游設備的運行費用;其次,循環(huán)水大面積采用,將大大促進(jìn)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電率的降低,成泵采用變頻調速后,由于通過(guò)降低電機水泵轉速為電力企業(yè)節能降耗的亮點(diǎn)。隨著(zhù)我國工業(yè)的快實(shí)現節能,電機、水泵轉速降低,管網(wǎng)壓力降低輔速發(fā)展,變頻器的使用越來(lái)越廣泛。高壓變頻調助設備如軸承、閥門(mén)等磨損大大減少,設備運行與速器經(jīng)過(guò)多年的現場(chǎng)運行證明,其用于驅動(dòng)風(fēng)機、維護費用下降維護周期可加長(cháng),設備運行壽命延泵類(lèi)設備節電效果顯著(zhù)性能穩定、可靠性高。既長(cháng);另外,采用高壓變頻調速后,電機實(shí)現了軟起節約了能源,又滿(mǎn)足了生產(chǎn)工藝要求,且大大減少動(dòng)起動(dòng)電流不超過(guò)電機額定電流的1.2倍,避免了設備維護維修費用,直接和間接經(jīng)濟效益十分了全壓起動(dòng)對電網(wǎng)和電動(dòng)機的沖擊,降低了電動(dòng)顯著(zhù)。機的故障率,延長(cháng)了電動(dòng)機使用壽命,維護周期增長(cháng),電機檢修費用可大幅降低?！緟⒖嘉墨I】結語(yǔ)[1]方大千.節能計算手冊[M].北京:電力工業(yè)出版社,2006設備改造工程于2008年11月完成,高壓變收稿日期:20090803頻器一次試車(chē)成功,運行正常,運行頻率約為40(上接第5頁(yè))極,60Hz,460V三相籠型電動(dòng)機為例:的滯后等原因,落后于先進(jìn)國家和相關(guān)國際標準U4(n)=S(n)×100=0.016%本文分析的試驗系統,自動(dòng)化程度和穩定性高性其中:7(%)=92.64;S(η)(%)=0.05066;能優(yōu)良,測量的不確定度達到優(yōu)于0.4%,主要技S(n)(%)=0.016。術(shù)指標國內領(lǐng)先,達到國際先進(jìn)水平,具有良好的推廣價(jià)值,主要應用于電機生產(chǎn)制造企業(yè)、電機相4(p1(∑2Un()月=00%關(guān)的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗機構等。其中:U(P1)=31.4W;U(ΣP)=10.2W;【參考文獻】P1=12230W;∑P=909.4W。合成不確定度為:[1] IEC 60034-2-1, Rotating electrical machines-Part2-1encyUc(7)(n)+U(n)=0.0875%from tests( excluding machines for traction vehicles系統擴展不確定度為:[S].2007U=2Uc(n)=0.17%,k=2結論:η(%)=(效率測試值土U)(%)=phase induction motors and generators[ S ].2004(92.64±0.17)%,k=2。[3]林渭勛現代電力電子電路[M].杭州:浙江大學(xué)出版社,20064結語(yǔ)[4]劉勝利現代高頻開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002目前國際上先進(jìn)國家對電機效率的低不確定收稿日期:20100228度測試方法及測試系統的研究已進(jìn)入到相當成熟的階段在我國局限于測試技術(shù)及相關(guān)測試標準35